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美国PTC陈继忠:工业物联网的业务驱动

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供稿:中国工控网 2017/2/20 16:02:36
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自2013年德国提出工业4.0的制造业战略以来,在国家战略层面,美国、中国等也分别推出先进制造业发展计划和中国制造2025;在技术使能层面,各国都不约而同的提出了工业物联网(Industrial Internet of Things,IIoT)的概念,并对工业物联网如何推动业务转型、工业物联网平台技术体系及应用模式进行了一定的探讨。国际上领先的软硬件企业,如Accenture埃森哲、Honeywell霍尼韦尔、Bosch博世、GE通用电气、PTC参数技术公司等,则分别从咨询、硬件、软件平台等不同角度给出了工业物联网的解决方案。

美国工业互联网联盟IIC在2016年11月15日推出的《工业物联网业务战略及创新框架》,从实施方法论角度给出了企业推行IIoT的总体框架。作者基于该框架,结合先进企业提出的工业物联网解决方案,将分别从业务驱动及企业战略、业务模式创新体系、实施策略等三个层面给出详细的工业物联网实施体系化说明,以帮助企业确定工业物联网的应用机遇、业务模式创新方向和具体实施方法,从而减少企业推行工业物联网的实施风险。本文主要从业务驱动及企业战略层面,首先对IIoT的概念、应用IIoT的挑战进行分析,之后给出IIoT实施框架的说明,并对IIoT的业务驱动、转型方向、实施准备分别进行了详细阐述。

什么是工业物联网?

TechTarget给出的工业物联网定义为:工业物联网IIoT是物联网(IoT)技术在制造业的应用,它整合机器学习和大数据技术、传感器数据收集技术、M2M通讯及自动化技术,以此提高生产效率、节约成本和支持业务智能决策,并为质量控制、可持续性和绿色工程、供应链追溯和整体产业链优化提供支撑。

Honeywell给出的定义是:IIoT是一个网络之网络,其利用互联网联接人员、流程和设备,紧密融合智能互联设备、企业集成自动化、安全的云端数据和高级分析等能力,以实现业务优化的新模式创新。

工业物联网IIoT与其他概念的关系:

IIoT与IoT:IoT主要侧重通过物联为用户提供便利,以提高人的生产力;IIoT是IoT在工业领域的应用,重点是通过联接设备和系统,提高效益、安全性和产能,由于涉及工业生产,其系统的稳定性至关重要,如设备运行监控、生产线安全监视、设备故障预测分析等。

IIoT与智能制造:智能制造是企业未来的先进制造业务体系,更偏重借助新技术、新方法后的业务模式转变,也是企业未来要达到的一种状态,IIoT是其基础支撑能力。

实施工业物联网的主要挑战

随着全球再工业化带来的市场竞争压力的不断增大,企业根据自身发展实际需求推进工业物联网的建设将成为未来的趋势。根据Accenture对全球工业企业1400多位业务决策人员的调查,84%的人认为IIoT将会给企业带来潜力无穷的价值,但是只有7%的人认为他们当前具备清晰的IIoT推行策略,目前在此方面所做的投入与产出也不匹配。

全球经济论坛在2015年的报告《工业物联网:释放互联产品和服务的潜能》中给出了实施IIoT主要挑战的调查统计,如图1所示。其主要挑战包括:缺乏互操作性和标准、安全性、ROI不确定、遗留设备(缺少联接或嵌入式传感器)。其中,互操作性和标准、安全性等问题为实施IIoT的基础支撑能力,ROI不确定、遗留设备等问题等则为企业实施IIoT的战略及业务模式转型的问题。

美国PTC陈继忠:工业物联网的业务驱动

图1 实施IIoT的主要挑战

针对这些挑战,通过单一的企业很难应对。因此,高效的IIoT战略有必要引入不同级别的参与者或业务合作伙伴。

工业物联网战略与模式创新

企业是否引入IIoT,引入IIoT战略的目标是什么,需要投入多少资金及人员并持续多长时间?这是首先摆在企业决策层面前的主要问题。企业决策层需要遵照企业的总体发展目标,从战略上选择适合企业自身发展的IIoT机会,并平衡IIoT的实施风险与保持市场领导地位之间的关系。

与商业互联网的出现类似,IIoT可以转变多个行业的现有业务模式,在业务多个层面为企业带来新的机遇和挑战。Alexander Osterwalder和Yves Pigneur对业务模式给出了清晰的定义:“业务模式用以定义一个组织如何创建、交付和捕获价值的基本原理。”IIoT在业务层面的引入,将会带来客户传统业务模式的转变,但是在IIoT机会相关的业务管理方式上也需要一个结构化的框架来定位、选择、实施IIoT,确保IIoT符合总体战略的需求,该框架由四部分组成:

构思:该阶段通过可重复的流程标识IIoT应用机会。其中,IIoT应用包括两类:使用IIoT技术优化现有的产品、服务和业务运营;基于创新业务模式设计的IIoT新方案。

准备:细化业务决策中明确的IIoT机会,分析和聚焦问题并进行基本的假设,团队成员分工对假设进行验证。

评估:开发可接受的业务场景和实施风险表,该阶段需要考虑第一阶段IIoT应用的投资决策,随之是第二阶段及其后应用机会的投资预估。

启动:掌握IIoT软硬件部署及实施所需的执行能力,开展相应的IIoT项目。该阶段需要考虑多专业项目团队之间的文化差异。

当前多数企业对IIoT会为企业带来多大的效益持谨慎态度,企业领导层不确定IIoT与以往模式的差异、以及如何定义基于IIoT的新业务战略。不过,很多企业领导层也认识到,虽然当前不能完全理解IIoT引入后对未来竞争格局的变化,但是企业尽快了解和掌握IIoT新技能将是未来业务成功的关键。

为了应对企业IIoT实施层面的上述挑战,为企业进行IIoT选择及实施提供方法论指导,特定义了如图2的IIoT实施框架。

美国PTC陈继忠:工业物联网的业务驱动

图2 IIoT实施框架

                             

工业物联网的驱动力

IIoT的驱动力来自业务及社会效益两个层面,在业务层面推动业务模式变革和市场新机会;在社会效益层面则带来新的工作机会、提升人机协同效率等。

(1)业务和市场驱动

企业推行IIoT的驱动力主要由快速变化的、激烈的市场竞争压力引起,企业为了保持行业内的市场领导地位,必须持续审视和优化业务战略、规划和运营模式,以寻找在现有市场中的特有竞争方式并创建新的市场领域。

要实现上述目标,需要实现“过去—现在—未来”的能力,即对“过去”的活动实现洞察,对“现在”的活动实现实时监控和调整,对“未来”的情景实现预测。这种“过去—现在—未来”的能力将逐渐成为企业的核心竞争优势能力。

上述的环境给企业带来激烈竞争压力的同时,也将为创业公司或小型企业带来大量新的机会,这些企业可以以更灵活的方式融入到大公司的生态系统中,并为环境带来活力。

(2)社会驱动

除了业务及市场的驱动外,IIoT的应用还有来自于社会的驱动,以对社会效益产生广泛和积极的影响,并达到如下的目标:

创造新的工作机会;

较少人力和提升人机协同决策效率和准确性;

产生环境效益;

为公共健康、安全和生活质量提供服务。

在创造新的工作机会方面,IIoT实现大量设备、应用、产品、数据源的互联,一方面需要高级的IIoT实施人员,另一方面新的应用及新的业务也需要新的角色和技能。

在提高人机协同决策效率方面,内外部数据的集成将为综合决策提供基础支撑,而基于数据集成基础上的大数据分析则可以提高协同效率。例如,在医院中互联集成的床位医疗设备与传统的医院信息系统进行整合,使得医生和病人可以关注关键医疗数据并对未来可能的病情进行预测。

在环境、公共安全等方面,主要利用IIoT在报告、实时分析、预测分析方面的能力,对科学研究、环境资源利用等方面的过去数据、现状状态和未来情景进行分析、监测、预测,从而提升环境条件、生命和体验质量等。

基于IIoT的业务转变方向

将IIoT引入企业后,业务转变的方向主要包括四个方面:企业内传统主体业务及市场模式的升级、异地组织体系的整合、提升研发及生产效率、创造客户附加值和提升用户体验。下面分别进行说明:

(1)主体业务及市场模式升级

企业当前的研发、生产、运营、市场等整体业务价值链是企业生存和发展的基础,引入IIoT能力,首当其冲要与这些内部要素相结合,并从提升企业核心竞争力和为客户创造更大价值的角度出发,改造升级现有主体业务价值链。如客户高度参与产品研制过程、客户订单驱动的生产及运营管理、客户体验式营销等。

除了业务主体流程的变化,在产品研发中加入IIoT的能力,使得产品或技术可以作为独立系统或其他复杂系统的嵌入式部分,融入产品互联运营体系,为客户快速创造价值,将为企业打开产品销售的新模式。该机会不仅仅适用于产品供应商,也适用于服务供应商。

(2)异地组织体系的整合

随着市场的不断细分化,新的工厂生态系统可能是很多形式,如设备制造厂、航空公司、医院等,而任何地点都可能产生大量的数据。IIoT将为联接上述生态系统中不同的业务和统一数据源提供支撑,而把分散的数据源头统一起来需要一个新模式、新组织、新流程来支持组织单元能够一起协同运营。

企业在构建新模式进行异地组织体系整合时,需要考虑将不同层次的数据进行集成的意义,并准确定义数据分析能力需要驻留在机器层、IT/OT边界层还是IT层,并考虑系统安全、资源/数据/业务组织/运营流程的变化应对机制。

(3)产品研发及生产效率提升

企业产品和服务持续演变的周期将不断加速,迫使企业引入IIoT的能力进行业务模式转变,以提升研发和生产效率。

在企业内将联接的设备、广源的数据、数据分析能力整合起来,将为企业提供特定领域的洞察能力。例如,在铁路领域,通过监控铁轨和火车状态信息、客户旅行模式、燃料消耗情况等,可以为铁路装备制造企业和铁路服务部门提供洞察力,以改进火车特性、提供新的服务、提高安全性、提高火车运营效率等。

在工厂制造环境中,从互联的内部设备和系统中收集和分析数据,通过集成这些数据资源,能够在生产和运营效率方面提供与上述类似的洞察能力。在生产执行效率方面,将联接设备的实时数据与业务管理数据(销售、服务、供应链等数据)整合,可以提供生产执行过程中的实时和问题洞察能力;在运营效率方面,可以基于前文提到的“过去—现在—未来”的方法实现运营历史数据分析、实时运营效能监控、未来运营问题预测,以优化整体运营管理业务。

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(4)创造客户附加值

IIoT方案除了可以提升产品研发及运营效率外,另外一个重要的价值是在产品服务模式、产品使用习惯和客户体验方面为客户创造价值。企业在实施IIoT项目时要同步考虑运营优化和市场战略价值的优化,而运营环节也需要放在整体业务和客户应用环境中进行综合考虑。

以拖拉机的运营为例,农业设备运营商以及拖拉机设备传感器提供设备运营数据,再融合外部数据(如气候、土壤数据、产量预测算法、害虫信息、当地农场数据等),就可以使得农场主的业务运营形成一个完整的体系,并具备分析预测能力,对何时进行播种、如何进行收割、当前做了什么、环境的影响如何等进行清晰地洞察。

IT/OT融合的机会

IIoT解决方案可以实现IT业务系统、OT设备及系统、数据中心的联接和集成。IT端的业务聚焦在业务相关功能的处理,包括工资单、数据库、客户访问数据、各种业务分析、报告工具、库存信息等。OT端则集中在那些构建、执行、控制、监控工业和服务流程的系统和设备上。目前,很多大型传统工业企业的运营模型都包括IT和OT的资产,虽然有些已经在IT/OT方面进行了一些集成,但是不同的市场领域集成度有所不同,而且很多集成方式是人为的、松散的或者是烟囱式的。如图3所示。

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图3 IT/OT当前状态及未来融合趋势

图3中的传统模式中,IT和OT专业之间的协同和衔接是有限的,为此形成的组织模式使得IT和OT以不同的方式、流程、系统、评价体系各自进行单独组织和管理。这种状态,使得OT运营环节无法有效地利用洞察力提升生产运营能力,IT业务管理环节则难以从物理世界获得实时分析的能力,以支持业务模式的灵活调整。

IIoT的出现,使得IT/OT两个领域的整合及数据集成成为可能,并使得这两个领域可以继续作为独立的实体进行运营,但是在IT/OT之上需要构建更多的集成业务体系,以形成整体的业务整合能力,为内部的效率提升和外部的客户价值创造提供支持。

例如,飞机航线的IT部门管理业务系统(飞机预订、航线管理、运营规划、库存管理等),而OT部门则管理地面保障和飞行运营监控。在每一次飞行时,飞机将产生大量的数据,利用这些数据可以帮助飞行更安全和高效。飞行数据与地面维修数据和外部信息(如天气数据等)进行整合,使得航线IT部门能够更好地进行维修预测和飞行分析,预测、优化和业务分析的数据可以影响飞行员和机组的实时活动,在整体上则可以优化航线运营业务、降低成本、创造新的客户价值和提升运营的安全性。

IIoT的目标不是简单的实现IT/OT的衔接,而是在此基础上,为企业级的业务和运营提供数据访问、分析和预测的综合信息资产。这些不仅仅适用于B2B模式,也可以应用于B2C为客户带来更多的价值,应用于B2B2C模式中则可以推动价值链的优化。

启动IIoT的准备

IIoT项目的规划及实施与传统的IT或M2M项目的规划及实施方法, 二者重要的区别是IIoT项目与企业战略和合作伙伴体系有密切的关联。

首先,IIoT是从根本上改变业务本质模式的关键能力,包括通过新的洞察方法改进运营流程;基于实时数据支持新的业务模式;通过互联设备和服务提供新的客户体验和交互模式, 因此IIoT项目不能作为一个普通的IT或产品开发项目,IIoT项目应成为企业决策层重要关注点,是CxO层面推动的行动举措。

其次,企业要回答:“IIoT热点对我们业务的吸引力到底在哪里?这真的是未来几年里改变我们业务的最重要力量吗?或者这只是一些与我们业务毫不相干的变化的领域?”。在大型的、高度多元化的组织中,上述问题的答案在不同的业务单元中将有所不同。对于汽车OEM,问题可能是:“互联的汽车对我有多重要,它什么时候会影响我的业务?”;一个工业设备公司寻求设计一种集成互联服务能力的新产品,其问题是:“在整体服务型战略背景下,联接设备的具体意义是什么?”。一些企业可能会倾向于聘请管理咨询公司来回答这些问题,另外一些企业则会根据内部业务知识和经验,与内部管理体系一起进行决策。许多大型组织已经有了公司战略和IIoT项目管理流程,并构建了不同类型的CoE和共享的IT平台。

IIoT项目组合管理贯穿IIoT解决方案的整个生命周期,在不同的阶段需要不同的KPI和管理手段。图4总结了企业进行IIoT机会识别、选择、优先排序以及根据优先组合定义价值路线图的流程。其中,对项目组合中的现有机会进行评估和确定新的机会,是持续创新流程中的重要部分。

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图4 IIoT机会识别、选择及管理流程(来源于2016年的Machine Research)

实现跟踪监督能力的最佳方式是建立一个传统的“项目办公室PMO”,项目办公室由企业管理层人员、技术专家和专门的业务分析师组成,其任务之一是确保IIoT举措在遇到问题时能够进行细化和重新安排,并对IIoT战略进行优化支持。这些活动由统一的PMO推动,有助于企业内部知识和最佳实践的共享重用。

结语

在再工业化的浪潮下,工业物联网IIoT的出现为企业转变业务模式、实现业务转型升级、提升和扩展新的核心竞争能力提供了可能。制造业企业现在不是选择要不要实施IIoT的问题,而是如何从战略举措、业务/IIoT融合、实施推进、迭代优化等层面更高效地推动IIoT的问题。

本文参照美国工业互联网委员会IIC的报告以及其他行业相关研究报告,剖析IIoT的概念和挑战,并试图从业务驱动及企业战略、业务模式创新体系、实施策略等三个层面给出详细的IIoT实施的体系化说明,以帮助企业构建先进的IIoT实施方法论,减少实施风险,保障项目的成功。

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新闻来源: 互联网/OFweek

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